中国粉体网讯 当前，半导体产业已成为一个国家的先进制造能力、科学技术强大的体现，对国家经济发展和科技进步起到重要作用。
半导体行业，工艺主要由两方面组成：设备、材料。其中，半导体设备多为组装生产，每一个零部件都可能决定一台设备的性能进而影响芯片制造的成败。因此，零部件对于半导体设备能否实现性能指标非常关键。代表性的如静电卡盘、导轨、密封圈、轴承等。
图片来源：富创精密
今天的主角，正是半导体制造中“身价不菲”的隐形功臣：气体分配盘，一种十分关键的半导体设备零部件。
一把天价“花洒”
气体分配盘，英文名Showerhead，又叫淋喷头，匀气盘，也可翻译为花洒。从外形看就像花洒，但它的价格可高达十万十几万，比你家里浴室的花洒高多了。
图片来源，大和热磁
它的表面密密麻麻地分布着几百上千个微小的通孔，如同精密编织的神经网络，能精准控制气体流量与喷射角度，确保晶圆加工的每一寸都均匀“沐浴”在工艺气体中，提高生产效率和产品质量。
它贯穿于清洗、刻蚀、沉积等关键工艺环节，直接影响半导体工艺精度和产品质量，是各类气体分配过程中的关键零部件。
气体分配盘在CVD腔体中的位置
以在沉积环节为例，它的重要应用有以下几个方面：
（1）沉积薄膜：CVD常用于在衬底上沉积薄膜，例如硅氧化物（SiO2）、多晶硅（poly-Si）、金属氧化物（例如二氧化钛TiO2）等。气体分配盘用于将不同的前驱体气体（例如硅源、金属有机前驱体等）混合并喷射到衬底表面，使其在一定条件下发生化学反应，形成所需的薄膜。
（2）生长晶体：气相生长晶体是制备单晶硅片等材料的关键步骤。在CVD晶体生长过程中，气体分配盘用于将材料的前驱体气体输送到反应腔室中。通过控制气体的流量、浓度和喷射速度等参数，使前驱体气体在合适的条件下沉积在衬底上，并形成单晶晶体结构。
（3）控制反应环境：气体分配盘还用于控制反应腔室内的气氛和温度。喷淋头可以提供精确的气体混合物，并在所需的位置产生均匀的气体，确保反应腔室内的气体分布均匀，从而实现稳定的沉积过程。
（4）满足不同要求：通过优化气体分配盘的设计和操作参数，可以实现对CVD过程的精确控制，确保薄膜的均匀性、质量和厚度一致性，从而满足不同应用领域对半导体材料的需求。
极致工艺：为何它贵如黄金？
在晶圆反应过程中，气体分配盘表面密布微孔（孔径0.2-6 mm），通过精密设计的孔道结构和气体路径，特种工艺气体需要通过匀气盘上成千上万个小孔后均匀沉积在晶圆表面，晶圆不同区域的膜层需保证高度均匀性和一致性。因此，气体分配盘除对洁净度、耐腐蚀性有极高要求外，对气体分配盘上的小孔孔径一致性、小孔内壁毛刺有严苛要求，如孔径尺寸公差和一致性标准差过大或任一内壁存在毛刺，则会导致沉积膜层厚度不一，进而直接影响设备工艺良率。
微孔结构
气体分配盘材质有时为脆性材料（如单晶硅、石英玻璃、陶瓷），外力作用下很容易产生断裂。又是微孔50倍径以内的超深孔，无法直接观察到切削的情况，并且切削热不易传出、排屑困难，容易因切屑阻塞导致钻头断裂。因而其加工制备十分不易。
此外，在等离子体辅助工艺（如PECVD、干法刻蚀）中，喷淋头作为电极的一部分，还要通过射频电源产生均匀电场，促进等离子体均匀分布，从而提升刻蚀或沉积的均匀性。
选材很关键
由于半导体制造过程中使用的气体可能具有高温、高压或腐蚀性，喷淋头通常采用耐腐蚀材料，在实际生产中，因为使用的场景及实际要求的精度不同，目前气体分配盘可以根据其材料组成分为以下两大类：
（1）金属气体分配盘
金属气体分配盘的材质包括铝合金、不锈钢和镍金属等，其中使用最广泛的金属气体分配盘材质是铝合金，因为其具有良好的导热性能，同时具有较强的抗腐蚀能力，同时其来源广泛，且易于加工。
（2）非金属气体分配盘
非金属气体分配盘的材质包括单晶硅、石英玻璃和陶瓷材料等。其中常用的陶瓷材料又有CVD-SiC、氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷等。
国产突围：何时摘下这颗“明珠”？
根据HengCe 调研显示，2023年全球半导体喷淋头市场规模大约为10.99亿美元，预计2030年将达到17.96亿美元，2024-2030期间年复合增长率（CAGR）为7.1%。
图片来源：盾源聚芯
全球半导体喷淋头核心厂商有Lam Research (Silfex Inc.)、Hana Materials Inc.、应用材料、Worldex Industry & Trading和京鼎精密等，前五大厂商占有全球大约78%的份额。亚太是最大的市场，占有大约60%份额，之后是北美和欧洲，分别占有32%和7%的市场份额。
国内主要有杭州大和、富创精密、江丰电子、靖江先锋、盾源聚芯等零部件厂商涉及该领域，但整体国产化水平仍较低，高端产品仍依赖进口。
参考来源：半导体设备资讯、刀界、华福证券研究所、粉体网
（中国粉体网/山川）
注：图片非商业用途，存在侵权告知删除
